打开COMSOL看到电磁波模块就手痒?今天拿介质圆柱散射练练手。先搞个半径5μm的氧化铝圆柱(ε_r=9.8),扔到532nm激光里会发生啥?咱们边操作边唠嗑

COMSOL介质圆柱散射效率分析。 也可分析散射截面,消光截面与吸收截面。

建模时直接在几何里画个圆,边界条件记得套两层:里面是散射边界(别让波反射回来捣乱),外面包个完美匹配层。材料库调出氧化铝参数时注意单位换算,新手常在这里翻车。网格用物理场控制,波长级别的加密设置别省,特别是介质边界处:

model.mesh("mesh1").feature("size").set("hauto", 3); // 自动细化等级调到3 model.mesh("mesh1").run();

跑个频域求解器,等进度条的时候泡杯咖啡。后处理阶段才是重头戏——右键派生值里新建表面积分,散射截面σ_sca用这个公式抓取:

(4/(k0^2)) * abs(sum( (an + bn) ))^2 // Mie级数展开系数别直接套,用场分量替代

实际操作用电场分量计算更稳当。把远场变量Er、Ephi拖进积分表达式,COMSOL会自动转换坐标系。对比吸收截面时要注意材料损耗角正切值设置,氧化铝这种低损耗材料吸收截面往往只有散射的1/10。

当看到消光截面曲线在特定尺寸出现谐振峰,赶紧做参数扫描——直径从3μm扫到8μm,步长0.2μm。谐振位置和Q因子能用来反推材料的光学特性。有个邪门现象:当圆柱直径接近半波长整数倍时,散射效率会突然飙到4以上,这是米氏共振在搞事情。

最后导出数据用Python画三维极坐标图,场分布比教科书上的理论解更带感。记得检查能量守恒:消光=散射+吸收,误差超过5%就得回头查边界条件。搞完这套,下次换成金纳米棒继续折腾表面等离子体共振,那才是真·酸爽。

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